압력에 민감한 접착제의 화학적 특성

Chemistry of pressure-sensitive adhesives

압력에 민감한 접착제의 화학 물질은 압력에 민감한 접착제(PSA)와 관련된 화학적 과학을 설명한다.PSA 테이프라벨은 일상생활에서 중요한 부분이 되었다.이러한 재료는 종이 또는 플라스틱 필름과 같은 등받이에 부착된 접착제에 의존한다.

접착 재료의 고유 진부함과 낮은 표면 에너지 때문에 종이, 목재, 금속, 세라믹 등 가벼운 압력을 가할 때 다양한 기판에 테이프를 붙일 수 있다.

테이프의 설계는 수명을 연장하고 온도, 자외선 노출, 기계적 마모, 기판 표면 오염, 접착제 분해 등 다양한 환경 및 인간 효과에 대한 적응의 균형을 필요로 한다.[1]

구성

일반적인 PSA 테이프는 배접 물질에 코팅된 압력에 민감한 접착제(테이프의 끈적거리는 부분)로 구성된다.롤에 감길 때 접착제가 등받이에 붙지 않도록 백킹에 릴리즈제를 도포하거나 접착제 위에 릴리즈 라이너를 놓는다.접착제와 배접 사이에 프라이머가 코팅되어 결합을 증가시키는 경우도 있다.

일반 접착제

표 1: 테이프 접착제에 사용되는 일반적인 아크릴레이트 모노머의 유리 전환 온도 및 표면 에너지
물질 g K) m
2-에틸헥실 아크릴산 223 29.7[2]
n-부틸 아크릴산 219 32.8[2]
아크릴산 메틸 286[3] 39.8[2]
티부틸 메타크릴레이트 503 30.5[2]

구조

압력에 민감한 접착제는 점탄성 폴리머로, 필요한 접합 및 디본딩 특성에 맞춰 레히ology를 조정한다.[4]접착제를 만드는 데 사용되는 일반적인 재료는 다음과 같다.

이러한 물질은 흔히 실온에서 영구적인 태크("그래빙 파워")를 생성하기 위해 태클과 혼합되며,[5][6][7] 다소 변형될 수 있고, 표면 에너지가 낮으며,[5] 습기에 내성이 있다.[8]이러한 요건을 충족시키기 위해, 이러한 재료는 일반적으로 낮은 교차 링크 밀도, 낮은 점도( ( < 10,000 cP),[5] 다양한 온도 및 껍질 조건 하에서 기질의 거친 표면에 접착 재료를 변형할 수 있는 광범위한 분자량 분포가[5] 있다.

접착제로 구성되는 두 가지 구성 요소는 높은 가용성과 낮은 가용성의 재료다.고택 소재는 유리 전이온도가 낮고 얽힘 분자량이 높은 고분자인데 반해, 저택 폴리머는 유리 전이온도가 높고 얽힘 분자량이 낮다.[5]고택 소재는 접착제의 약 95%를 구성하며 접착제의 태클성을 대부분 제공한다.[5]이 두 가지 성분 외에도 계면활성제가 첨가되어 접착제의 표면 에너지를 줄이고 높은 표면 에너지 기판(금속, 기타 고분자 재료)에 접착을 용이하게 한다.[9]표에는 일반적인 아크릴산 모노머와 그 유리 전환 온도( g 및 표면 에너지( 의 목록이 나와 있다.[10]아크릴 모노머의 바이너리 접착제 혼합물의 g 는 Gordon-Taylor 방정식을 사용하여 추정할 수 있으며, 여기서 } 및 유리 전환 의 체적분율이다. , 각각

[고든-테일러 방정식]

생산

접착 테이프에 사용되는 폴리아크릴레이트는 프리라디칼 중합에 의해 쉽게 합성된다.[5]이러한 중합은 아조 및 과산화수소 기반 이니시에이터를 사용하여 열적 또는 광촉매적으로 시작할 수 있다.[5]그러한 중합은 일반적으로 내수성 균질성 코팅을 생성하기 위해 용매로 수행된다.[5]수분과잉 접착제는 원치 않기 때문에 접착제에 물을 주입하는 에멀전 중합에 의해 접착제가 합성되지 않는다.

공통 구성 요소

지원.

접착제는 종이, 호일, 직물 또는 플라스틱 필름(이축 방향 폴리프로필렌 또는 폴리염화비닐[5][7] 등)과 같은 유연한 소재(배면)에 코팅되어 강도를 제공하고 습도, 온도, 자외선 등의 환경적 요인에 의해 접착제가 저하되지 않도록 보호한다.백킹 인장 강도, 신장, 강성 및 찢어짐 저항은 테이프의 의도된 용도와 일치할 수 있다.접착제는 표면 처리, 프라이머, 가열 또는 UV 경화를 통해 뒷면에 부착될 수 있다.[5]

해제코팅

테이프가 구부러지거나 풀릴 수 있도록 뒷면에는 테이프가 스스로 붙거나 두 개의 접착 층(양면 테이프)이 붙지 않도록 다소 방지하는 릴리즈제가 코팅되어 있다.이는 접착 배접 또는 접착 접착 부착 인터페이스에서 양호한 상호작용을 쉽게 제거할 수 있는 재료를 사용하거나 두 표면을 서로 불활성화하여 수행된다.폴리아크릴레이트 기반 접착 테이프에 사용되는 두 가지 일반적인 재료는 불소실리콘과[7] 비닐 카바마이트다.[5]불소실리콘은 폴리아크릴레이트 기반 접착제로[7] 불변하는 반면 비닐 카바메이트의 긴 꼬리는 접착제가 침투할 수 없는 높은 결정 구조를 형성한다.[5]게다가, 불소실리콘 방출 라이너는 소음을[7] 내지 않는 반면 비닐 카바메이트는 큰 소리를 낸다.[5]

접착 배킹 인터페이스

플라스틱 필름에 코로나 처리 또는 플라즈마 가공에 의해 표면이 변형되어 접착제의 접착력을 높일 수 있다.프라이머 레이어는 또한 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다.일부 지지대는 접착제 코팅 전에 밀봉하거나 다른 방법으로 처리해야 한다.[5]특히 접착제에 신소재를 도입하면 접착제의 성능이 저하될 수 있는 경우 이 점이 중요하다.

적용

압력에 민감한 접착 테이프는 기판과의 결합을 보장하기 위해 보통 가벼운 압력이 필요하다.저압 요건은 손가락이나 손으로 압력을 가하는 것만으로 표면에 쉽게 적용할 수 있다.테이프에 가해지는 압력은 테이프가 표면과 더 잘 접촉할 수 있게 하고 둘 사이의 물리적인 힘이 쌓일 수 있게 해준다.일반적으로 도포 압력이 증가하면 접착제의 기질 결합이 증가한다.PSA 테이프 실험실 시험은 종종 시험 통일성을 높이기 위해 2 kg 롤러로 시행된다.[11]PSA는 상온에서 태클함을 유지할 수 있으며 표면에 강한 접착력을 발휘하기 위해 물, 용제 또는 열 활성화와 같은 첨가제를 사용할 필요가 없다.이 때문에 PSA는 종이, 플라스틱, 나무, 시멘트, 금속과 같은 다양한 표면에 적용될 수 있다.접착제는 응집력이 있고 탄성이 있어 PSA를 손으로 조작할 수 있으며 잔류물을 남기지 않고 표면에서 제거할 수 있다.

환경요인

대부분의 PSA는 약 59~95°F의 중간 온도에서 사용하는 것이 가장 적합하다.[12][unreliable source?]이 온도 범위 내에서 일반적인 접착제는 최적의 표면 적재가 달성될 수 있는 점성 및 탄성 동작에서 균형을 유지한다.극도로 높은 온도에서 테이프는 처음에 할 수 있는 것보다 더 많이 늘어날 수 있다.이것은 표면으로 도포한 후에 문제를 일으킬 수 있다. 왜냐하면 온도가 떨어지면 테이프가 추가적인 스트레스를 받을 수 있기 때문이다.이로 인해 테이프의 접촉 면적이 일부 손실되어 전단 접착력 또는 유지력이 저하될 수 있다.낮은 온도에서 접착 폴리머는 더 단단해지고 딱딱해져 테이프의 전체적인 탄성을 낮추고 유리처럼 반응하기 시작한다.[12]탄성이 낮아지면 접착제가 표면에 닿기 어려워지고 습윤성이 낮아진다.접착제는 더 낮은 온도에서 태크를 유지하도록 제조될 수 있으며, 테이프에 더 많은 양의 접착제 코팅이 필요할 수 있다.유리 전환 온도를 낮추고 유연성을 유지하기 위해 접착제 뒷면도 플라스틱으로 만들 수 있다.[12]

기질접착조건

본딩 강도

기질의 표면 에너지는 접착제가 표면에 얼마나 잘 접착되는지 결정한다.표면 에너지가 낮은 기판은 접착제가 젖지 않도록 방지하는 반면 높은 표면 에너지를 가진 기판은 접착제가 자연적으로 젖을 수 있도록 한다.[13]에너지가 높은 표면은 접착제와 더 큰 상호작용이 있어 접착제가 퍼져 접촉면을 늘릴 수 있다.표면 에너지가 낮은 표면은 표면 에너지를 높이기 위해 코로나 불꽃 처리를 받을 수 있다.[13]그러나 표면의 에너지가 높더라도 표면의 오염물질은 접착제의 표면에 접착하는 능력을 방해할 수 있다.먼지, 종이, 기름과 같은 오염물질이 있으면 접착제의 접촉 면적이 줄어들고 접착제 본딩 강도가 낮아진다.오염물질이 존재할 경우 벤젠, 알코올, 에스테르 또는 케톤과 같은 적절한 용매로 표면을 청소해야 할 수 있다.[14]질감이 있는 표면은 접착제의 접착 강도를 낮출 수도 있다.질감은 접착제가 표면에 닿기 어렵게 만드는 고르지 못한 표면을 만들어 습윤 능력을 떨어뜨린다.[13]어떤 형태의 물이나 습기는 표면 접착을 감소시키고 테이프 태클을 감소시킬 것이다.어떤 물리적 방법이나 화학적 방법으로도 수분이 표면에서 제거될 수 있다.그러나 실리콘 기반의 수분 제거는 접착력 저하와 실패의 원인이 되기도 한다.

라이프타임

접착 테이프의 열팽창/연결에 따른 힘의 개략도

압력에 민감한 접착제는 평생 동안 다양한 상태를 경험할 것이다.이러한 조건은 테이프의 표면 또는 벌크 부분 중 하나에 영향을 미친다.표면은 테이프의 전체 수명 동안 환경에 노출되는 부분일 뿐이다.부피는 테이프의 표면 아래에 있는 모든 것, 즉 기질과 테이프의 접착 부분 사이에 일어나는 상호작용이다.

표면 노출 조건

테이프의 표면은 온도, 습도, 자외선 노출 수준, 기계적 마모 또는 표면에 노출된 접착제의 저하와 같은 다양한 조건을 경험하게 된다.부피가 기계적 마모 및 접착제 저하를 경험하지만, 이러한 영향은 부피 내에서 표면 내에 있는 것만큼 광범위하거나 규모가 크지 않다.다양한 조건에 대한 테이프의 반응은 접착제와 배접성 구성, 유리 전환 온도 및 접착 강도에 따른 접착제-부착 상호작용과 같은 접착제 특성 등에 크게 기인한다.

환경조건

환경 내의 많은 요소들이 접착 테이프의 표면 마모에 영향을 미칠 수 있다.[15]급변하는 환경조건의 전망조차 기질에 고장을 일으키기에 충분하다.예를 들어, 급속 냉각접착제가 정지해 있는 동안 기질이 급격히 수축할 수 있다.이 당기는 힘은 기질에 있는 눈물 때문에 기질의 접착력이 떨어질 수 있다.따라서 기질 파괴는 다양한 환경 조건에 대한 기질 반응뿐만 아니라 그러한 조건의 변화 속도를 기반으로 예측된다.적당한 환경에서 도포된 접착 테이프는 뜨거운 사막에서 도포된 것보다 적은 온도 범위를 경험할 것이다.기질 고장은 가장 발생할 가능성이 높고 기질에 가장 큰 영향을 미칠 가능성이 높기 때문에 온도 변화에 주로 예측된다.

그러나 기질이 설계되지 않은 환경에서 기질을 적용하면 습도 및 UV 노출의[15] 영향을 받을 수 있다.[16]예를 들어, 플로리다와 같은 곳의 사막에서 사용하기 위해 만들어진 테이프를 사용함으로써 기질 손상을 입을 수 있다.기온의 차이는 그리 크지는 않을지 모르지만 습도에는 큰 차이가 있다.기질에 대한 환경적 영향은 기질의 정체성과 목적에 따라 달라진다.[16]

접착 테이프의 기계적 마모로 인한 힘의 개략도

기계적 마모

기계적 마모는 주로 시스템에 가해지는 힘의 진폭과 방향에 따라 결정된다.[17]이러한 힘은 테이프를 벗겨내려는 시도처럼 접착 테이프 자체에 직접 가해질 수도 있고 접착 테이프가 부착된 기판을 조작하여 테이프에 간접적으로 가해질 수도 있다.후자는 오른쪽 그림에서 보여진다.이 그림은 접착 테이프가 두 개의 분리된 기판 조각을 함께 고정하고 있다고 가정하고 있으며, 두 조각이 반대 방향으로 꼬여 있는 것은 파악되지 않았다는 점을 유념해야 한다.

접착 테이프가 기판을 가로질러 미끄러질 때 마모되는 것은 Archard의 접착제 마모 법칙을 사용하여 추정할 수 있는데, 여기서 는 접착 테이프의 경도와 마모 계수, 은 접착제가 기판 서파를 가로질러 끌려가는 거리이다.ce, 접착 테이프에 작용하는 총 정상 부하이며, (는) 드래그 도중 손실된 접착 테이프의 볼륨이다.[18]= W H HArchard의 접착제 마모 법칙]

대량 노출 조건

접착 테이프의 다량에 영향을 미치는 주요 요인은 온도와 기계적 마모다.온도 변화와 극한은 기판과 접착제의 열화를 유발할 수 있으며 기계적 마모는 적용된 힘의 크기와 방향에 따라 접착 테이프의 결함을 유발할 수 있다.기질 저하 또한 가능성이 낮지만, 사례와 환경에 따라 다르겠지만 탈색을 초래할 수 있다.

접착제 분해

오늘날에는 고분자 접착제가 보편적으로 사용되기 때문에 접착제는 온도의 영향을 많이 받는다.오늘날 사용되는 중합체 재료는 점탄성 재료로 기질에 쉽게 도포하고 빠르게 밀착할 수 있다.대량 접착제의 성능 저하는 대부분 온도 효과로 인해 접착 테이프의 결함을 유발하는 접착력이 감소하기 때문이다.[17]온도가 너무 낮으면 고분자 접착제가 유리 상태로 들어가 매우 깨지기 쉽고 접착력이 떨어질 수 있다.[12]반면에 온도를 올리면 폴리머가 더 유동적이고 이동성이 높아진다.이동성이 증가함에 따라 폴리머 접착력은 접착과 반대로 폴리머가 흐르기 시작하면서 감소한다.두 온도 극단은 결국 탈색증을 초래한다.이상적인 온도 범위는 폴리머 구조로 내려가는 접착제 정체에 크게 좌우된다.[17]폴리머 체인이 경직될수록 폴리머 체인 사이의 분자간 힘(Intermolular Force)이 강해지고, 기질과 접착제 사이의 상호작용이 강할수록 결국 강한 접착력이 생기게 되며, 그 결과 접착을 위한 이상적인 온도 범위가 높아지게 된다.

말하자면, 염증을 피하기 위해 접착 테이프의 선택은 테이프가 평생 동안 경험할 조건에 기초해야 한다는 것이다.[16]이 선택 프로세스는 테이프 수명 동안 발생하는 접착 테이프 성능 저하 및 고장의 사슬을 감소시키지만, 이 프로세스가 가능성을 완전히 피할 수 있다는 보장은 없다.

재활용에 미치는 영향

사용된 PSA 테이프는 복합 재료로 새 테이프로 재활용되지 않는다.그러나 그들이 사용한 제품의 재활용 가능성에 대한 그들의 가능한 영향은 중요하다.재사용 또는 재활용은 테이프가 표면에서 분리될 수 있기 때문에 종종 도움이 된다.

테이프가 종이 표면에 적용될 때 골판지 섬유판 및 기타 포장재와 같은 재활용성에 대한 영향은 특히 중요하다.테이핑된 골판지 박스를 재활용할 때 필름 등받이 박스 씰링 테이프는 박스 재활용을 방해하지 않으며 접착제는 등받이에 남아 쉽게 제거된다.[19][20]

종이 제조 공장에서 사용되는 테이프는 때때로 회수할 수 있도록 설계된다.과육의 뜨거운 슬러리에 넣었을 때 분해할 수 있는 접착제가 흩어진다.

참조

  1. ^ 베르너 카르만과 안드레아스 B.2000년 Wiley-VCH, Weinheim, Wily-VCH Ulmann 산업 화학 백과사전의 쿠메르 "접착제". doi:10.1002/14356007.a26_085
  2. ^ a b c d "Critical Surface Tension, Surface Free Energy, Contact Angles with Water, and Hansen Solubility Parameters for Various Polymers". Accu Dyne Test. Diversified Enterprises. 2014. Retrieved 3 June 2014.
  3. ^ Guice, K. B. (2008). Synthesis and Characterization of Temperature- and pH-responsive Nanostructures Derived from Block Copolymers Containing Statistical Copolymers of HEMA and DMAEMA. ProQuest. p. 29. ISBN 978-0-549-63651-9.
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  6. ^ Tse, Mun Fu (1989). "Studies of triblock copolymer-tackifying resin interactions by viscoelasticity and adhesive performance". Journal of Adhesion Science and Technology. 3 (1): 551–570. doi:10.1163/156856189x00407.
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  20. ^ Gruenewald, L. E.; Sheehan, R. L. (1997). "Consider box closures when considering recycling". J. Applied Manufacturing Systems. 9 (1): 27–29. ISSN 0899-0956.

참고 항목

추가 읽기

외부 링크

  • 제조 방법:접착 테이프, [1]